JP3260888B2

JP3260888B2 - 視程測定方法、降雨降雪の判別方法、降雨降雪強度の測定方法及び装置

Info

Publication number: JP3260888B2
Application number: JP03541693A
Authority: JP
Inventors: 佐藤家郷
Original assignee: Meisei Electric Co Ltd
Current assignee: Meisei Electric Co Ltd
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH06249970A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空中に放射した光信号
の空中での反射散乱光を受光し、受光信号によって視程
測定、降雨降雪判別、降雨降雪強度測定を行なう方法
と、この方法を実施する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】視程測定方法として、従来、空中に光信
号を放射し、該光信号の空中での反射散乱光を受信し、
受信した光信号（受光信号）の受光強度を平均して得ら
れる当該受光信号の直流レベルによって視程値を演算す
る方法が公知である。

【０００３】また、降水時の降雨降雪判別方法として、
従来、一対のくし形電極をくし歯部分が交互に配列され
るように組み合せ、当該一対の電極間の通電状態によっ
て雪粒による当該一対の電極間のブリッジ形成を監視し
て降雨か又は降雪かを判別する方法が公知である。

【０００４】また、降雨降雪強度の測定方法として、従
来、雨量計又は積電計を使用して、単位時間当りの雨量
又は積雪深を測定して降雨又は降雪の強度を演算する方
法が公知である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の方法による
と、視程測定と降雨降雪判別と降雨降雪強度測定とを、
それぞれ別個の手段で行なう必要があり、上記３種類の
観測を同時に行なう場合には、装置が大掛かりなものに
なるばかりか、それぞれの測定は互に別個のデータに基
いて行なわれるため、特に気象変化の激しいときには、
観測の同時性（同一時刻での測定）がとりにくいという
問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、１種類の測定データに
基いて、視程測定と降雨降雪判別と降雨降雪強度測定と
を行なうことのできる方法と、当該方法を実施するため
の装置を得ることを課題とする。

【０００７】また、それぞれの測定について、従来技術
をみると、従来の視程測定方法では、受光強度の平均処
理は通常一定の時定数のもとで受光信号を積分すること
により行なわれるため、当該時定数によって定まる時間
より速い視程変化は検出できず、また、変化の速い視程
を測定するために上記時定数を短時間に設定すると、受
光信号の積分値の変化分に加わる測定装置の雑音成分が
多くなり（雑音は不規則な信号であるので、長い時定数
の回路を通ると、相殺効果によってその成分が少なくな
りＳ／Ｎ比はよくなるが、時定数が短いと上記相殺効果
が小さくなってＳ／Ｎ比が低下する。）、受光信号のＳ
／Ｎ比が低下するため、特に視程変化が緩やかな視程良
好時における視程測定において測定精度が悪化する。ま
た、従来の方法では、視程値とは関係の少ない降雨又は
降雪による受光信号の強度も受光強度の平均値に内包さ
れるため、測定誤差が大きくなる。

【０００８】そこで、本発明は、視程測定において、視
程変化が速い場合にも、その変化に追従して視程測定が
可能であり、また、視程変化が緩やかな場合にも高い精
度の測定が可能となる視程測定方法と、この方法を実施
するための装置を得ることを課題とする。

【０００９】また、一対の電極配置による従来の降雨降
雪判別方法では、一対の電極相互間の間隔によって降雨
降雪の判別確度が左右される。すなわち、当該電極相互
間の間隔を広くすると、雪粒が細かい雪の場合には降雪
による電極間のブリッジが形成されにくく、特に降雪初
期には降雪判定がむづかしくなり、また上記間隔を狭く
すると、降雨又は濃霧等でも電極間ブリッジが形成され
てしまうため降雨降雪の判別ができなくなる。このよう
に、従来の降雨降雪判別方法では、降雨又は降雪の状況
に係りなく降雨降雪判別を降水時初期段階で判定できる
確実性に欠ける問題点がある。

【００１０】そこで、本発明は、降雨降雪判定におい
て、降雨降雪の状況に係りなく、初期段階（降り始め）
において降雨降雪を確実に判定できる降雨降雪判別方法
と、この方法を実施するための装置を得ることを課題と
する。

【００１１】また、雨量計又は積雪計を使用する従来の
降雨降雪強度の測定方法では、降雨時と降雪時とでは別
個の測定装置で測定する必要があるばかりか、降雨又は
降雪の一定時間の間の量を測定してこの量を強度に換算
する必要があることから測定時間が長くなり、特に降雨
又は降雪の変化が激しい場合に、当該変化に追従した降
雨降雪強度の測定が不可能となる。

【００１２】そこで、本発明は、同じ測定手段によって
降雨強度と降雪強度の双方の測定が可能であり、かつ降
雨又は降雪の変化が激しい場合であっても、その変化に
追従して確実に測定可能な降雨降雪強度の測定方法と、
この方法を実施するための装置を得ることを課題とす
る。

【００１３】更に、本発明は、以上に述べた方法を実施
することにより、視程測定、降雨降雪の判別及びその強
度測定を総合して可能とするシステムを得ることを課題
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】以上に述べた各課題を解
決するため、本発明は、空中に投射した光信号の空中で
の反射散乱光の受光信号をＡ／Ｄ変換し、これによって
得たＡ／Ｄ変換データを受光強度別に振り分け集計する
ことによって作成した受光強度別Ａ／Ｄ変換データ個数
を示すヒストグラムが、視程値、降雨降雪の違い及び降
雨降雪強度と相関する特性を利用して視程測定、降雨降
雪判別、降雨降雪強度測定を行なうようにしたものであ
る。

【００１５】

【作用】発明者は、空中に光信号を投射し、該光信号の
空中での反射散乱光を受光して、受光信号をＡ／Ｄ変換
し、これによって得たＡ／Ｄ変換データを受光強度別に
振り分け集計することによって作成したヒストグラムを
解析することによって次の知見を得た。

【００１６】図４（Ａ）は受光信号の受光強度（Ｌ）対
受光時間（Ｔ）を示しており、これは受光手段から出力
される受光強度に比例したアナログ信号をそのまま表わ
したものである。この受光特性で特に強いレベルを呈し
ている部分Ｐは、降雨時又は降雪時において雨滴又は雪
粒で反射して受光手段に入射した受光信号によるもの
で、他の部分のレベル変動は、概ね、測定装置が有する
雑音及び受光手段が受光する背光（投射光信号の反射散
乱以外で入射する光）に起因する雑音によるものであ
る。

【００１７】また、上記強レベル部分Ｐは、降雨時に比
べて降雪時の方がより強いレベルとなって現れる。これ
は、雪粒による反射が雨滴による反射より強いことから
容易に理解でき処である。

【００１８】また、視程を左右する霧は空中に浮遊して
いる極小水滴で生ずるものであり、受光手段の視野とな
る比較的狭い空間と、比較的短かい測定時間とを考える
と、霧濃度は略一定であるので、霧による反射散乱光の
受光手段への入射による受光強度は、上記強レベル部分
Ｐを除く他の部分の略平均したレベルＬ１（従来の視程
測定方法による受光信号の直流レベルに相当する。）と
なる。

【００１９】以上の受光信号をＡ／Ｄ変換し、これによ
って得たＡ／Ｄ変化データを受光強度別に集計し、受光
強度（Ｌ）とＡ／Ｄ変換データの集計個数（Ｎ）の関係
を表わすと、図４（Ｂ）のようなヒストグラムとなる
（このデータをヒストグラムデータという。）なお、図
４（Ｂ）においては理解を容易にするために受光強度
（Ｌ）側の軸目盛を平均レベルＬ１を中心として同図
（Ａ）の軸目盛より若干広く描いてある。

【００２０】図４（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換デー
タ個数（Ｎ）は、上記平均レベルＬ１に最大個数Ｎｐが
集計され、該平均レベルＬ１を中心として受光強度
（Ｌ）の増減方向に個数（Ｎ）が減少しながら分布して
おり、降雨又は降雪がある場合には受光レベルの高い方
向に広く、低い方向に狭く分布し（実線）、降雨及び降
雪のない場合には上記平均レベルＬ１を中心として受光
強度（Ｌ）の増減方向に均等に分布する（高レベル側の
破線、低レベル側は降雨又は降雪時と同じ。）。

【００２１】また、降雨又は降雪がある場合において、
降雨又は降雪が激しくなるに従って、高レベル側のＡ／
Ｄ変換データ個数（Ｎ）の分布曲線の傾きが緩やかにな
り、かつ降雪時には降雨時に比べて、Ａ／Ｄ変換データ
が分布する最高受光強度Ｌｐのレベルが高くなる。

【００２２】ヒストグラムデータに現われる以上の特性
から次の事実が判明した。

【００２３】（１）霧の濃度は最大Ａ／Ｄ変換データ個
数Ｎｐが集計された受光強度Ｌ１と相関関係があり、か
つ、視程値は霧の濃度によって決まるので、当該視程値
は上記受光強度Ｌ１から求めることができる。

【００２４】（２）降雨又は降雪があると、上記受光強
度Ｌ１を対象軸としたヒストグラムデータの対称性が崩
れるので、当該ヒストグラムデータの対称性を判断する
ことで、降雨又は降雪があるか否かの判断が可能とな
る。

【００２５】（３）ヒストグラムデータに現われる最大
受光強度Ｌｐは、降雪時は降雨時に比べて高レベルとな
る。この特性を利用して降雨降雪の判別が可能である。
なお、上記最大受光強度Ｌｐは降雨又は降雪の激しさの
違いによっても異ってくるが、発明者は、上記最大受光
強度Ｌｐとヒストグラムデータの非対称部分Ｓの分布巾
（この分布巾については、実施例の説明で明らかにされ
る。）との比を降雨降雪の判別手段とすることにより、
降雨又は降雪の激しさに無関係に降雨降雪の判別が可能
であることを確認している。

【００２６】（４）降雨又は降雪の強度が強くなると、
前記のようにヒストグラムデータの受光強度Ｌ１より高
レベル側の分布曲線が緩やかになるが、このことは、ヒ
ストグラムデータに現われる非対称部分Ｓに降雨又は降
雪の強度と何らかの相関関係が存在することを意味して
いる。発明者は、この非対称部分Ｓについて種々の相関
を検討した結果、当該非対称部分Ｓに現われている受光
強度の各レベル（Ｌｋ）毎のＤ／Ａ変換データ個数（対
称部分（破線より下の部分）の個数を除いた個数ΔＮ
ｋ）と当該各レベル（Ｌｋ）の積（Ｌｋ・ΔＮｋ）の総
和（ΣＬｋ・ΔＮｋ）が降雨又は降雪の強度と最も強い
相関関係を有することを見出した。従って、この相関関
係から降雨降雪強度を測定することができる。

【００２７】以上のように、本発明では、１つのヒスト
グラムデータから、視程値、降雨降雪判別及び降雨降雪
強度が同時に得られる。

【００２８】

【実施例】図１は本発明の実施例を示すブロック図であ
り、１は投光器、２は受光器、３は変調器、４は復調
器、５はＡ／Ｄ変換器、６はＣＰＵ、７はメモリ、８は
記録・表示器、９は温度センサである。

【００２９】投光器１は空中に向けて測定用光信号を放
射する投光手段であって、発光素子、該発光素子の駆動
源及び投光用レンズ等の光学系で構成される。

【００３０】受光器２は投光器１から放射された光信号
の空中での反射散乱光を受光する受光手段であって、受
光素子及び受光用レンズ等の光学系で構成される。

【００３１】変調器３は、受光器２の受光動作におい
て、背光と正規の信号とを区別するために、投光器１か
ら放射する光信号を例えば輝度変調する変調手段を構成
するものである。

【００３２】復調器４は受光器２で受光した信号を変調
器３による変調周波数に同期して復調する復調手段であ
って、これによって受光信号は投光器１から放射された
光信号の反射散乱光による受光信号のみが選択される。

【００３３】Ａ／Ｄ変換器５は復調器４を介して得られ
る受光信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換して当該受光
信号のＡ／Ｄ変換データを出力するＡ／Ｄ変換手段であ
って、高速のサンプリング周期で作動して当該周期に対
応した受光強度別のＡ／Ｄ変換データを出力する。

【００３４】ＣＰＵ６は実施例装置の制御、処理手段を
一括して有するものであり、これらの手段はプログラム
制御で実現され、主な手段として、Ａ／Ｄ変換器５から
送付される受光信号のＡ／Ｄ変換データの集計処理手段
６０１（第１の処理手段）、該集計処理手段６０１で得
られたデータ（ヒストグラムデータ）により処理を行な
う視程値算出処理手段６０２（第２の処理手段）、降雨
降雪判別処理手段６０３（第３の処理手段）、及び降雨
降雪強度算出処理手段６０４（第４の処理手段）、これ
らの各処理手段により得たデータを記録し、又は／及び
表示する記録表示処理手段６０５等がある。

【００３５】メモリ７はＣＰＵ６による処理で必要とす
るデータ及び当該処理で得られたデータを記憶するもの
で、ＣＰＵ６によるＡ／Ｄ変換データの集計処理で得ら
れたヒストグラムデータを記憶する第１メモリ７０１
（第１の記憶手段）、視程値算出処理のための相関デー
タを予め記憶してある第２メモリ７０２（第２の記憶手
段）、降雨降雪強度算出処理のための相関データを予め
記憶してある第３メモリ７０３（第３の記憶手段）、集
計するＡ／Ｄ変換データ個数を決定するためのデータを
予め記憶してある第４メモリ７０４があり、その他に記
録し表示するデータを記憶する第５メモリ７０５及び図
では省略してあるが、処理途中のデータを一時記憶する
メモリ、ＣＰＵ６のプログラム格納用メモリ等がある。

【００３６】記録・表示器８は、ＣＰＵ６によって算出
された視程値、降雨降雪判別及び降雨降雪強度を示すデ
ータを表示し、又は／及び記録する記録表示手段であっ
て、液晶ディスプレイパネル、プリンタ等で構成され
る。

【００３７】温度センサ９は外気温度を検出するセンサ
で、これによって検出された外気温度は、降雨降雪判別
処理において判定係数（後述する）が降雨降雪の境界値
を呈したとき、判別の補助データとして使用される。

【００３８】前記図４（Ｂ）で説明したヒストグラムデ
ータにおいて、最大Ａ／Ｄ変換データ個数Ｎｐが集計さ
れた受光強度（以下、最大データ個数レベルという。）
Ｌ１と視程値との間に存在する相関関係の特性は、図５
に示すように、両対数座標上で縦軸に最大データ個数レ
ベルＬ１を、横軸に視程値をとった場合、直線状右下り
に変化する特性となる。この相関関係を示すデータは、
前記第２メモリ７０２に予め格納され記憶されている。

【００３９】また、前記図４（Ｂ）で示したＳ部分にお
ける各受光強度別の受光強度とＡ／Ｄ変換データ個数と
の積の総和ΔＶ（＝ΣＬｋ・ΔＮｋ）と降雨又は降雪の
強度との間の相関特性は、図６に示すように、両対数座
標上で縦軸に上記総和ΔＶを、横軸に降雨又は降雪の強
度をとった場合、直線上右上りに変化する特性となり、
傾きは（イ）に示す降雨強度特性の方が（ロ）に示す降
雪強度特性より急となる。この相関関係を示すデータ
は、前記第３メモリ７０３に予め格納され記憶されてい
る。なお、上記総和ΔＶを強度相関値ということとす
る。

【００４０】図２は（Ａ），（Ｂ）は本発明の実施例装
置の動作を示すフローチャートで、ＣＰＵ６における処
理を示している。以下、このフローチャートに従って動
作を説明する。

【００４１】投光器１からは、変調器３によって輝度変
調された光信号が空中に向けて常時放射されており、こ
の光信号は空気中の浮遊物質（霧、スモッグ等）や雨
滴、雪粒等で反射散乱して受光器２に入射し、該受光器
２で受光され、該受光器２は受光強度に比例した受光信
号を出力する。

【００４２】受光器２から出力された上記受光信号は復
調器４で変調器３からの変調信号に同期して復調され、
Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換されてＣＰＵ６に
送付される。

【００４３】ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器５から送付され
ている受光信号のＡ／Ｄ変換データを１データづつ読み
込み（ステップＳ１）、読み込んだＡ／Ｄ変換データを
その受光強度別に第１メモリ７０１に記憶する（ステッ
プＳ２）。

【００４４】次に、ＣＰＵ６は、第１メモリ７０１に設
定個数Ａ／Ｄ変換データが記憶されたか否かを判断し
（ステップＳ３）、否の場合にはＡ／Ｄ変換データの格
納数が設定個数となるまで以上の動作を繰り返す。この
ようにして、受光強度別のＡ／Ｄ変換データ個数を示す
ヒストグラムデータが完成する。以上のステップＳ１〜
Ｓ３の処理は、ＣＰＵ６が有する集計処理手段６０１に
よって行なわれる。

【００４５】ヒストグラムデータの例を図７（Ａ）〜
（Ｃ）に示す。

【００４６】図７（Ａ）は降雨降雪がない場合のデータ
例で、視程良好時（霧の発生がないとき）には、当該デ
ータはＡ／Ｄ変換データの集計個数（Ｎ）が受光強度
（Ｌ）のゼロレベルにおいて最も多くなるようなガウス
分布となり、また、視程不良時（霧発生時）には上記集
計個数（Ｎ）が視程値と相関する受光強度Ｌ１において
最も多くなるガウス分布となる。この場合のガウス分布
は、最大Ａ／Ｄ変換データ個数Ｎｐが集計された受光強
度（ゼロ又はＬ１）を中心に左右対称となる。この特性
は、ヒストグラムデータに現われているＡ／Ｄ変換デー
タの分布が、不規則な雑音（機器雑音、背光雑音等）に
起因したものであること、及び霧が発生した場合、光信
号は、空中に留って浮遊する極微小水滴で持続的に反射
され平均化されて受光されるので、霧による受光成分は
信号中、直流成分となって現われることによって得られ
る特性である。

【００４７】図７（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ降雨時及び
降雪時のデータ例で、Ａ／Ｄ変換データの集計個数
（Ｎ）が視程値と相関する受光強度Ｌ１において最も多
くなるガウス分布となることは上記図７（Ａ）の場合と
同じであるが、上記受光強度Ｌ１より高いレベル側によ
り多くのＡ／Ｄ変換データが分布する特性となり、更に
降雪時には降雨時に比べてより高いレベルの範囲まで当
該Ａ／Ｄ変換データが分布する。すなわち、降雨時又は
降雪時には、前記図７（Ａ）の場合における分布の左右
対称性が崩れることとなる。この特性は、雨滴又は雪粒
は空中に留まることなく、受光器２の監視区域を通過す
るため、当該雨滴又は雪粒による反射光は平均化される
ことなく上記受光強度Ｌ１より高いレベルの信号として
検出されること、及び一般に雨滴による反射よりも雪粒
による反射の方が強いことによって得られる特性であ
る。

【００４８】第１メモリ７０１内にヒストグラムデータ
が完成し記憶されると、次にＣＰＵ６は、当該ヒストグ
ラムデータにおいて最大Ａ／Ｄ変換データＮｐが集計さ
れた受光強度（最大データ個数レベル）Ｌ１を検出し
（ステップＳ４）、第２メモリ７０２に格納されている
前記図５に示した相関データを参照して、上記最大デー
タ個数レベルＬ１から視程値を算出する（ステップＳ
５）。このようにして算出された視程値データは、記録
・表示器８への表示又は記録のために第５メモリ７０５
（表示メモリ）に格納される（ステップＳ６）。以上の
ステップＳ４〜Ｓ６の処理は、ＣＰＵ６が有する視程値
算出処理手段６０２によって行なわれる。

【００４９】次に、ＣＰＵ６は、ヒストグラムデータか
ら最小受光強度Ｌｓ、最大受光強度Ｌｐを検出し（ステ
ップＳ７）、最大データ個数レベルＬ１から高レベル方
向にレベル差（Ｌ１−Ｌｓ）だけ離れた点の受光強度Ｌ
４を求める演算、すなわち（２Ｌ１−Ｌｓ）の演算を行
ない（ステップＳ８）、次に当該受光強度Ｌ４に集計さ
れたＡ／Ｄ変換データの個数ΔＮを検出する（ステップ
Ｓ９）。

【００５０】次にＣＰＵ６は上記Ａ／Ｄ変換データ個数
ΔＮが実質的にゼロであるか否か（実質的にゼロである
とは、ΔＮが雑音成分によるものとみなせる数値を示し
た場合であってもゼロであるとすることを意味する。）
を判断し（ステップＳ１０）、「ΔＮ＝０」であれば降
雨及び降雪がないものと判断して（ステップＳ１１）、
これまでに得られたデータ（視程値及び降雨降雪ゼロ）
を記録・表示器８に表示し、又は／及び記録して一連の
処理を終える（ステップＳ１８）。

【００５１】また、「ΔＮ≠０」である場合には降雨又
は降雪がある場合であり、ＣＰＵ６は最大受光強度Ｌｐ
と上記Ａ／Ｄ変換データ個数ΔＮとの比で定義した雨雪
判別係数Ｋの演算を行ない（ステップＳ１２）、当該雨
雪判別係数Ｋと降雨、降雪の境界値ＫＳ（図８参照）と
を比較して（ステップＳ１３）降雨であるか又は降雪で
あるかを判断する（ステップＳ１４）。以上のステップ
Ｓ７〜Ｓ１４の処理は、ＣＰＵ６が有する降雨降雪判別
処理手段６０３によって行なわれる。

【００５２】ここで雨雪判別係数Ｋについて説明する。
図８はヒストグラムデータの非対称部分Ｓにおける各受
光強度Ｌｋと当該受光強度ＬｋにおけるＡ／Ｄ変換デー
タの個数ΔＮｋとの積の総和（ΣＬｋ・ΔＮｋなおこの
総和の意味は後で説明する降雨降雪強度算出処理で明ら
かにされる。）と雨雪判別係数Ｋとの関係を示してい
る。

【００５３】図８に示すように、雨雪判別係数Ｋは、降
雨時にはある値ＫＳより小さな値となり、降雪時には当
該値ＫＳより大きな値となる。そこで当該値ＫＳを降
雨、降雪の境界値とし、この境界値ＫＳとヒストグラム
データから求めた雨雪判別係数Ｋとを比較することによ
り降雨降雪の判別が可能となる。

【００５４】また、図８で明らかなように、強雨時と小
雪時とでは雨雪判別係数Ｋは上記境界値ＫＳに近づいて
同じような値となるため、このような雨雪判別係数Ｋ
（≒ＫＳ）では降雨降雪の判別ができなくなる。そこ
で、図２のフローチャートでは示していないが、このよ
うな場合には、ＣＰＵ６は温度センサ９から外気温度を
読み込み、外気温度が一定温度（例えば４℃）より低い
場合には降雪であると判断し、高い場合には降雨である
と判断する。

【００５５】また、降雨降雪の判別は、ヒストグラムデ
ータにおいて、最大Ａ／Ｄ変換データ個数Ｎｐの２分の
１の個数１／２Ｎｐが集計された受光強度に基いて行な
うこともできる。

【００５６】すなわち、ヒストグラムデータから１／２
Ｎｐ個のＡ／Ｄ変換データが集計された受光強度Ｌ２，
Ｌ３（但し、Ｌ３＞Ｌ２とする。）を求め、最大データ
個数レベルＬ１と上記２つの受光強度Ｌ２，Ｌ３との受
光強度差（Ｌ３−Ｌ１）及び（Ｌ１−Ｌ２）を求め、更
にこの２つの受光強度差の差ΔＬ（＝Ｌ２＋Ｌ３−２Ｌ
１）を求めて、当該差ΔＬの値が実質ゼロであるときに
は降雨及び降雪がないものと判断し、当該差ΔＬの値が
実質ゼロでないときは降雨又は降雪があるものとして、
雨雪判別係数Ｋを「Ｋ＝Ｌｐ／ΔＬ」と定義して、前記
と同様に降雨、降雪の境界値ＫＳ（但し、ＫＳの値自体
は前記方法とは異なる。）と比較して降雨降雪の判別を
行なう。

【００５７】以上の処理により降雨又は降雪があるもの
と判断されると、次にＣＰＵはヒストグラムデータの非
対称部分Ｓについて、各受光強度Ｌｋと該受光強度Ｌｋ
に集計されているＡ／Ｄ変換データ個数ΔＮｋ（対称部
分（破線より下の部分）のデータ個数を差し引いた個
数）との積を当該各受光強度Ｌｋごとに演算し、これを
総計する処理、すなわち、強度相関値ΔＶ（＝ΣＬｋ・
ΔＮｋ）を求める演算を行なう（ステップＳ１５）。

【００５８】この演算は例えば次のようにして行なわれ
る。すなわち、図７（Ｂ）又は（Ｃ）に示すヒストグラ
ムデータにおいて、まず、Ａ／Ｄ変換データが集計され
ている各受光強度Ｌｋ毎に、当該各受光強度Ｌｋと最大
データ個数レベルＬ１との差ΔＬｋを演算し、最大デー
タ個数レベルＬ１から最大受光強度Ｌｐまでの範囲及び
最大データ個数レベルＬ１から最小受光強度Ｌｓまでの
範囲のそれぞれについて、上記各受光強度Ｌｋに集計さ
れたＡ／Ｄ変換データ個数Ｎｋと当該各受光強度Ｌｋに
対応する上記差の値ΔＬｋとの積を各受光強度Ｌｋ毎に
求めて合算し、このようにして得たそれぞれの総和Ｖ
ｐ，Ｖｓにより「Ｖｐ−Ｖｓ」を演算すると、この値が
強度相関値ΔＶ（＝ΣＬｋ・ΔＮｋ）となる。

【００５９】次にＣＰＵ６は第３メモリ７０３に格納さ
れている前記図６に示した相関データを参照して、上記
強度相関値ΔＶから降雨又は降雪の強度を算出する（ス
テップＳ１６）。このようにして算出された降雨降雪強
度データは、前記降雨降雪判別処理で得られた降雨降雪
判別データとともに第５メモリ７０５に格納される（ス
テップＳ１７）。以上のステップＳ１５〜Ｓ１７の処理
は、ＣＰＵ６が有する降雨降雪強度算出処理手段６０４
によって行なわれる。

【００６０】次にＣＰＵ６は、第５メモリ７０５に記憶
されているデータ（視程値データ、降雨降雪判別データ
及び降雨降雪強度データ）の記録・表示器８への表示処
理又は／及び記録処理を記録表示処理手段６０５によっ
て行ない（ステップＳ１８）、一連の制御を終える。

【００６１】ところで、Ａ／Ｄ変換データを受光強度毎
に集計してヒストグラムデータを作成する処理におい
て、特に視程値の測定精度及び降雨降雪強度の測定精度
を上げるためには、集計するＡ／Ｄ変換データの個数を
多くしなければならないが、集計個数が多くなると処理
時間が長くなって測定速度が遅くなり、例えば気象状況
の変化が激しいときには気象状況変化に追従した測定が
不可能となる。

【００６２】ところで、気象状況が急激に変化する場合
は一般に視程不良（濃霧）時であって、受光信号が雑音
に比べて高レベルとなり、Ｓ／Ｎ比が極めて高いため、
Ａ／Ｄ変換データ個数が少なくても一定の測定精度を保
つことができるが、反対に気象状況が平穏なときには、
受光信号の強度が低くなって（雑音レベルは変わらな
い）Ｓ／Ｎ比が低下するので、一定の測定精度を維持す
るためにはＡ／Ｄ変換データの集計個数を多くしなけれ
ばならない。然しながら、気象状況の平穏時には一般に
速い測定速度を要求されることはないので、ヒストグラ
ムデータの作成にあたり、気象状況変化に対応させてＡ
／Ｄ変換データの集計個数を変える処理を行なうこと
は、一定の測定精度を維持しつつ気象状況の緩急に対応
したデータを得るうえで、極めて有効である。

【００６３】図３は上記処理によるヒストグラムデータ
の作成処理を説明するフローチャート、図９（Ａ）は上
記処理を説明するヒストグラムデータの例を示す図、図
９（Ｂ）は上記処理に必要な相関データを示すもので、
第４メモリ７０４に格納されているデータを示してい
る。

【００６４】当該処理を行なう場合には、図２に示すＡ
／Ｄ変換データ集計処理のステップＳ１〜Ｓ３が図３に
示すフローに置き換えられる。以下に当該処理によるヒ
ストグラムデータ作成処理を説明する。

【００６５】ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器５から送付され
ている受光信号のＡ／Ｄ変換データを１データづつ読み
込み（ステップＳ１０１）、読み込んだＡ／Ｄ変換デー
タをその受光強度別に第１メモリ７０１に記憶する（ス
テップＳ１０２）。

【００６６】次に、ＣＰＵ６は、第１メモリ７０１にヒ
ストグラムデータの予備データ（気象状況の概要を把握
するためのデータ）作成のために設定された個数Ｎａ
（比較的少ない個数）のＡ／Ｄ変換データが記憶された
か否かを判断し（ステップＳ１０３）、否の場合にはＡ
／Ｄ変換データの格納数が上記個数Ｎａになるまで以上
の動作を繰り返す。

【００６７】第１メモリ７０１へのＡ／Ｄ変換データの
格納数が上記個数Ｎａになり、上記予備データが完成す
ると、次にＣＰＵ６は当該予備データにおける最大デー
タ個数レベルＬ０を検出し（ステップＳ１０４）、第４
メモリ７０４に格納されている図９（Ｂ）に示すデータ
を参照して、最終的に作成するヒストグラムデータに必
要なＡ／Ｄ変換データ個数（トータルデータ個数）Ｎｔ
を決定する（ステップＳ１０４）。

【００６８】以上の処理における予備データは、集計す
るＡ／Ｄ変換データ個数Ｎａが少ないため、極めて短か
い処理時間で完成し、気象状況の概況を示すデータとな
る。すなわち、気象状況の変化の緩急は、当該予備デー
タで判断できることとなる。

【００６９】また、第４メモリ７０４に格納されている
データは、最大データ個数Ｎｐｏの受光強度（予備デー
タにおける最大データ個数レベル）とトータルデータ個
数Ｎｔとの関係を示すものであり、両対数座標上で表わ
した場合、図示のような直線関係に設定すると、精度の
よい測定が可能であることが確認された（最終的なヒス
トグラムデータにおける最大データ個数レベルＬ１と視
程値との関係に現われる精度は、集計するＡ／Ｄ変換デ
ータ個数（トータルデータ個数Ｎｔ）の平方根にほぼ比
例することによる。）。

【００７０】最大データ個数Ｌ０を検出すると、次にＣ
ＰＵ６は第４メモリ７０４に格納されている上記データ
を参照してトータルデータ個数Ｎｔを決定し（ステップ
Ｓ１０５）、次に再びＡ／Ｄ変換器５から送付されてい
るＡ／Ｄ変換データを読み込み（ステップＳ１０６）、
読み込んだＡ／Ｄ変換データを再びその受光強度別に第
１メモリ７０１に記憶し（ステップＳ１０７）、ステッ
プＳ１０８の判断によって、第１メモリ７０１へのデー
タ格納数が上記トータルデータ個数Ｎｔに達するまで上
記ステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理を繰り返す。ステ
ップＳ１０７の処理以後は図２のステップＳ４以降の処
理を行なう。

【００７１】以上のようにして、気象変化の急激なとき
には少ない個数のＡ／Ｄ変換データの集計によって速い
処理で迅速に諸データを得、気象変化が穏やかなときに
は多い個数のＡ／Ｄ変換データの集計によって所定の精
度を維持して諸データを得ることが可能となる。

【００７２】また、図３に示す処理でヒストグラムデー
タを作成した場合、気象状況によって集計するＡ／Ｄ変
換データ個数が異なるので、降雨降雪強度を算出する処
理（前記図２のステップＳ１５〜Ｓ１７の処理）におい
て、ステップＳ１５で演算する強度相関値ΔＶは同一基
準に基いた値とならないため、これにより降雨又は降雪
の強度を算定することはできない。そこで、同一基準の
強度相関値となるように上記強度相関値ΔＶを正規化す
る必要が生ずるが、この正規化処理は、当該強度相関値
ΔＶを、トータルデータ個数Ｎｔに比例する値で割る処
理を行なうことにより容易に可能である。

【００７３】以上に説明した実施例は、視程値、測度処
理、降雨降雪判別処理及び降雨降雪強度測定処理を同時
に行なうようにしたものであるが、いずれか１又は２の
処理を行うことも可能であることは云うまでもない。

【００７４】

【発明の効果】以上に説明した処から明らかなように、
本発明は、次に掲げるような効果がある。

【００７５】（１）視程測定、降雨降雪の有無及び降雨
降雪判別、降雨降雪強度測定が同一データ（ヒストグラ
ムデータ）に基いて可能であるので、観測の同時性が得
られる。

【００７６】（２）観測項目が異っていても別個の観測
機器を必要とせず、観測システムの小型化、単純化が図
れるうえ、多項目観測の総合システムが容易に可能とな
る。

【００７７】（３）時定数回路を必要とするデータの平
均化処理を含まないので、激しい気象変化があっても安
定した観測が可能となる。

【００７８】（４）気象変化が激しくても、当該変化に
追従できる観測が可能であり、また、一般に観測精度が
低下する平穏時にも一定の精度を維持した観測が可能で
ある。

【００７９】（５）視程測定においては、視程値との係
りが少ない雨滴又は雪粒による受光成分が視程値算出デ
ータに入らないので、高精度の測定が可能となる。

【００８０】（６）降雨降雪判別においては、降雨降雪
の状況に係らず、その初期段階（降り始め）において確
実に判定することができる。

【００８１】（７）降雨降雪強度の測定においては、同
じ測定手段によって降雨強度と降雪強度の双方が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のブロック図

【図２】（Ａ），（Ｂ）は本発明実施例の全体的なフロ
ーチャート

【図３】本発明実施例の集計処理について他の実施例の
フローチャート

【図４】（Ａ），（Ｂ）は本発明の原理を説明する図

【図５】最大データ個数レベルと視程値との相関関係を
示す図

【図６】強度相関値と降雨、降雪の強度との相関関係を
示す図

【図７】ヒストグラムデータを示す図で、（Ａ）は降雨
及び降雪がないとき、（Ｂ）は降雨時、（Ｃ）は降雪時
のデータをそれぞれ示す。

【図８】強度相関値と雨雪判別係数の関係を示す図

【図９】（Ａ）は図３に従ってヒストグラムデータを作
成する場合を説明する図、（Ｂ）は予備データの最大デ
ータ個数レベルとトータルデータ個数の関係を示す図

【符号の説明】１…投光器２…受光器３…変調器４…復調器５…Ａ／Ｄ変換器６…ＣＰＵ７…メモリ８…記録・表示
器９…温度センサ６０１…Ａ／Ｄ変換データ集計処理手段６０２…視程値算出処理手段６０３…降雨降
雪判別処理手段６０４…降雨降雪強度算出手段６０５…記録表
示処理手段

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】空中に光信号を投射し、該光信号の空中
での反射散乱光を受光し、受光信号をＡ／Ｄ変換するこ
とにより得たＡ／Ｄ変換データを受光強度別に集計する
ことにより、受光強度（Ｌ）別Ａ／Ｄ変換データ個数
（Ｎ）を示すヒストグラムデータを作成し、該ヒストグ
ラムデータにおいて、最大Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎ
ｐ）が集計された受光強度（Ｌ１）が視程値と相関を有
することに基いて視程値を求めるようにした視程測定方
法。
【請求項２】請求項１に記載の視程測定方法で作成し
たヒストグラムデータを用い、当該ヒストグラムデータ
において、最大Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎｐ）が集計さ
れた受光強度（Ｌ１）を対称軸として当該ヒストグラム
データの対称性を判定し、対称であると認められるとき
には、降雨及び降雪がないものと判断し、非対称である
と認められるときには降雨又は降雪があるものと判断し
て上記ヒストグラムデータに現われている最大受光強度
（Ｌｐ）と、非対称部分（Ｓ）のＡ／Ｄ変換データ個数
の分布巾（ΔＮ）又は受光強度の分布巾（ΔＬ）との比
の値が降雨時と降雪時とでは異なる値を示すことに基い
て降雨か降雪かを判断するようにした降雨降雪の判別方
法。
【請求項３】請求項２に記載の降雨降雪の判別方法に
おいて、最大Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎｐ）が集計され
た受光強度（Ｌ１）と、最小受光強度（Ｌｓ）をヒスト
グラムデータから求め、上記受光強度（Ｌ１）から高レ
ベル方向に上記２つの受光強度の差（Ｌ１−Ｌｓ）だけ
離れた点の受光強度（Ｌ４）に集計されたＡ／Ｄ変換デ
ータ個数を求め、当該データ個数が実質的にゼロである
ときには、ヒストグラムデータが対称であるものとし、
当該データ個数が実質的にゼロでないときには、ヒスト
グラムデータが非対称であるものとし、当該データ個数
をヒストグラムデータの非対称部分（Ｓ）のＡ／Ｄ変換
データ個数の分布巾（ΔＮ）とした降雨降雪の判別方
法。
【請求項４】請求項２に記載の降雨降雪の判別方法に
おいて、最大Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎｐ）が集計され
た受光強度（Ｌ１）と、最大Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎ
ｐ）の２分の１のＡ／Ｄ変換データ個数（１／２Ｎｐ）
が集計された２点の受光強度（Ｌ２）及び（Ｌ３）（た
だし、Ｌ２＜Ｌ３とする。）をヒストグラムデータから
求め、受光強度差（Ｌ３−Ｌ１）と受光強度差（Ｌ１−
Ｌ２）との差の値（Ｌ２＋Ｌ３−２Ｌ１）が実質的にゼ
ロであるときには、ヒストグラムデータが対称であるも
のとし、当該差の値（Ｌ２＋Ｌ３−２Ｌ１）が実質的に
ゼロでないときには、ヒストグラムデータが非対称であ
るものとして、当該差の値（Ｌ２＋Ｌ３−２Ｌ１）をヒ
ストグラムデータの非対称部分（Ｓ）の受光強度の分布
巾（ΔＬ）とした降雨降雪の判別方法。
【請求項５】請求項２に記載の降雨降雪の判別方法に
おいて、ヒストグラムデータに現われている最大受光強
度（Ｌｐ）と、非対称部分（Ｓ）の分布巾（ΔＮ又はΔ
Ｌ）との比の値が降雨降雪判定の境界値を示したときに
は、外気温度を判定用データに加えるようにした降雨降
雪の判別方法。
【請求項６】請求項１に記載の視程測定方法で作成し
たヒストグラムデータを用い、Ａ／Ｄ変換データが集計
されている各受光強度毎に、当該各受光強度と最大Ａ／
Ｄ変換データ個数（Ｎｐ）が集計された受光強度（Ｌ
１）との差を演算し、該差の値のそれぞれと上記各受光
強度に集計されたＡ／Ｄ変換データ個数との積の総和
を、上記受光強度（Ｌ１）から最大受光強度（Ｌｐ）ま
での範囲、及び上記受光強度（Ｌ１）から最小受光強度
（Ｌｓ）までの範囲についてそれぞれ演算し、該２つの
総和の差（ΔＶ）の値が降雨又は降雪の強度と相関を有
することに基いて降雨強度又は降雪強度を求めるように
した降雨降雪強度の測定方法。
【請求項７】変調された光信号を空中に放射する投光
手段（１）と、該投光手段（１）から放射した光信号の
空中での反射散乱光を受光する受光手段（２）と、該受
光手段（２）の出力信号を上記光信号の変調に同期して
復調する復調手段（４）と、該復調手段（４）から出力
される受光信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段（５）
と、該Ａ／Ｄ変換手段（５）から出力される上記受光信
号のＡ／Ｄ変換データを受光強度（Ｌ）別に振り分け処
理する第１の処理手段（６０１）と、該第１の処理手段
（６０１）により受光強度（Ｌ）別に振り分けられたＡ
／Ｄ変換データを当該受光強度（Ｌ）別に記憶すること
により、受光強度（Ｌ）別Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎ）
を示すヒストグラムデータを記憶する第１の記憶手段
（７０１）と、上記ヒストグラムデータにおいて最大Ａ
／Ｄ変換データ個数（Ｎｐ）が集計された受光強度（Ｌ
１）と視程値との相関データを予め格納してある第２の
記憶手段（７０２）と、上記第１の記憶手段（７０１）
に記憶されたヒストグラムデータと上記第２の記憶手段
（７０２）に格納された相関データとを照合して視程値
を求める第２の処理手段（６０２）と、該第２の処理手
段（６０２）により求めた視程値を記録し、又は／及び
表示する記憶表示手段（８）でなる視程測定装置。
【請求項８】請求項７に記載の視程測定装置が有する
第２の記憶手段（７０２）及び第２の処理手段（６０
２）に代え、又はこれらの手段（７０２，６０２）とと
もに、第１の記憶手段（７０１）に記憶されたヒストグ
ラムデータについて、その最大Ａ／Ｄ変換データ個数
（Ｎｐ）が集計された受光強度（Ｌ１）を対称軸とする
当該ヒストグラムデータの対称性を判定する判定処理
と、該判定処理で上記ヒストグラムデータが非対称であ
るという結果が得られた場合において、当該ヒストグラ
ムデータに現われている最大受光強度（Ｌｐ）と非対称
部分（Ｓ）のＡ／Ｄ変換データ個数分布巾（ΔＮ）又は
受光強度の分布巾（ΔＬ）との比で定義される雨雪判別
係数を演算する演算処理と、該演算処理で求めた雨雪判
別係数から降雨降雪別を判断する判断処理の各処理機能
を具備する第３の処理手段（６０３）を有してなる降雨
降雪判別装置。
【請求項９】請求項８に記載の降雨降雪判別装置にお
いて、雨雪判別係数が降雨降雪判別の境界値を示したと
きに、外気温度を降雨降雪判別のデータとするための温
度検出手段（９）を更に有する降雨降雪判別装置。
【請求項１０】請求項８に記載の降雨降雪判別装置に
おいて、第１の記憶手段（７０１）に記憶されたヒスト
グラムデータの非対称部分（Ｓ）における各受光強度と
当該各受光強度に集計されたＡ／Ｄ変換データ個数との
積を各受光強度毎に演算して合計した値と降雨強度及び
降雪強度との相関データを予め記憶した第３の記憶手段
（７０３）と、上記ヒストグラムデータについて、Ａ／
Ｄ変換データが集計されている各受光強度毎に当該受光
強度と最大Ａ／Ｄ変換データ個数（Ｎｐ）が集計された
受光強度（Ｌ１）との差を演算する第１の演算処理、該
第１の演算処理で求めた差の値と上記各受光強度に集計
されたＡ／Ｄ変換データ個数との積を上記各受光強度毎
に演算する第２の演算処理、該第２の演算処理で求めた
上記各受光強度毎の積の値を、上記受光強度（Ｌ１）か
ら最大受光強度（Ｌｐ）までの範囲、及び上記受光強度
（Ｌ１）から最小受光強度（Ｌｓ）までの範囲につい
て、それぞれ別個に合算演算してそれぞれ総和（Ｖｐ，
Ｖｓ）を求め、かつ、該２つの総和の差（ΔＶ＝Ｖｐ−
Ｖｓ）を演算する第３の演算処理、該第３の演算処理で
求めた差の値（ΔＶ）を上記第３の記憶手段に記憶され
ている相関データと照合して降雨又は降雪の強度を算出
する第４の演算処理の各処理機能を具備する第４の処理
手段とを更に有してなる降雨降雪強度測定装置。
【請求項１１】請求項１に記載の視程測定方法、請求
項２〜５に記載の降雨降雪の判別方法、請求項７に記載
の視程測定装置、請求項８，９に記載の降雨降雪判別装
置で用いるヒストグラムデータの作成方法であって、最
初に少ない個数（Ｎａ）の受光信号のＡ／Ｄ変換データ
を受光強度別に集計して受光強度（Ｌ）別Ａ／Ｄ変換デ
ータ個数（Ｎ）を示すヒストグラムデータの予備データ
を作成し、該予備データにおいて最大Ａ／Ｄ変換データ
個数（Ｎｐｏ）が集計された受光強度（Ｌ０）に基いて
Ａ／Ｄ変換データの集計個数（Ｎｔ）を決定し、該集計
個数（Ｎｔ）と上記予備データにおいて既に集計された
個数（Ｎａ）との差の個数（Ｎｔ−Ｎａ）のＡ／Ｄ変換
データを上記予備データに重ねて受光強度（Ｌ）別に集
計するようにしたヒストグラムデータの作成方法。
【請求項１２】請求項６に記載の降雨降雪強度の測定
方法であって、請求項１１に記載の方法でヒストグラム
データを作成した場合において、集計個数（Ｎｔ）のＡ
／Ｄ変換データで作成したヒストグラムデータにより２
つの総和の差（ΔＶ）を求め、この差（ΔＶ）の値を当
該集計個数（Ｎｔ）に比例する値で割ることにより正規
化した値に基いて降雨又は降雪の強度を求めるようにし
た降雨降雪強度の測定方法。
【請求項１３】請求項１０に記載の降雨降雪強度測定
装置であって、第１の処理手段（６０１）が請求項１１
に記載の方法でヒストグラムデータを作成する手段であ
る場合において、第３の演算処理で求めた差の値（Δ
Ｖ）をＡ／Ｄ変換データの集計個数（Ｎｔ）に比例する
値で割ることによる当該差の値（ΔＶ）の正規化処理手
段を有する降雨降雪強度測定装置。